最新-第二章CPU-PPT课件

1、第二章 CPU 2.1 CPU概述 2.2 流行CPU简介 2.3 CPU专业术语 2.4 CPU的选购及注意事项 OEM（ Original Equipment Manufacturer）原始设备制造商 OEM是指一家厂商根据另一家厂商的要求，为其设计生产产品，打上他们的商标，而自己则做“无名英雄”。 OEM产品硬件产品软件产品左图为Intel公司的赛扬处理器，右图为AMD公司的毒龙处理器2.1 CPU概述 微型计算机的中央处理器叫做微处理器(CPU),它是微机的核心芯片。任何CPU都包括运算器、控制器和寄存器三个主要的组成部分。运算器完成算术和逻辑运算;控制器对微型机各部件发出相应的控制信

2、息：使它们协调一致地工作;寄存器主要用于存放程序运行过程中当前使用的数据。 2.1.1 CPU的外部结构 从外部看CPU的结构，主要由两个部分组成：一个是核心，另一个是基板。1CPU的核心 揭开散热片后看到的核心如图2-35所示。CPU中间凸起部分是核心芯片或CPU核心（die），是CPU硅晶片部分。2CPU的基板 CPU基板就是承载CPU核心用的电路板，它负责核心芯片和外界的数据传输。3CPU的编码 在CPU编码中，都会注明CPU的名称、时钟频率、二级缓存、前端总线、核心电压、封装方式、产地、生产日期等信息，但是AMD公司与Intel公司标记的形式和含义有所不同。 4CPU的接口 CPU需要

3、通过某个接口与主板连接。 （1）Socket 370插座 Intel公司的Socket 370插座支持Celeron、Pentium 、Cyrix 和VIA C3。Socket 370插座如图2-36所示。（2）Socket A插座 Socket A接口也叫Socket 462，是AMD公司为Socket A架构的Athlon处理器而设计的接口标准。Socket A插座如图2-37所示。（3）Socket 478插座 Socket 478插槽是采用mPGA 478的Pentium 4系列处理器所采用的接口类型，如图2-38所示，针脚数为478针（4）Socket 754插座 Socket 75

4、4是2019年9月AMD 64位桌面平台最初发布时的标准插槽，是低端的Athlon 64和高端的Sempron所使用的插槽标准，如图2-39所示，具有754个CPU针脚插孔。（5）Socket 939插座 Socket 939是AMD公司2019年6月发布的64位桌面平台标准，是目前高端的Athlon 64、Athlon 64 FX及Athlon 64 X2处理器所使用的插槽标准，如图2-40所示，具有939个CPU针脚插孔。（5）Socket T（LGA 775）插座 Socket 775又称为Socket T，如图2-41所示。2.1.2 CPU的功能结构 CPU结构示意图 CPU典型结构

5、示意图 2.1.3 CPU的性能指标与技术特征 一、数据宽度或字长（Data Bus Width） 二、主时钟频率（主频或内频）（Clock or Internal Frequency）三、生产工艺四、工作电压(Work Voltage) 五、高速缓冲存储器（Cache Memory ）六、接口标准(Interface Standard)与封装形式 七、体系结构（Architecture） 一、数据宽度或字长（Data Bus Width）CPU的字长是指CPU在单位时间内一次能同时处理的二进制数的位数，是表示运算器主要技术指标。 CPU的字长一般等于CPU数据总线的宽度，它决定了CPU与二级

6、高速缓存(L2 Cache)、内存以及输入/输出设备之间的一次数据传速的信息量。CPU的字长越长，运算精度就越高，处理信息的速度就越快，性能就越高。 64位技术 二、主时钟频率（主频或内频）（Clock or Internal Frequency）1、时钟和频率 PC中的“时钟”是指一个按特定频率连续发出的脉冲信号发生器。 2、主频和外频（1）CPU的主时钟频率(CPU Clock Frequency) CPU的主时钟频率（简称为主频）即为CPU的内部工作频率，指在一秒中内发生的同步脉冲数，单位是MHz、GHz。（2）外频(External Frequency) 外频又称外部时钟频率，单位是M

7、Hz，是由主板提供的系统总线的基准工作频率，是CPU与主板之间同步运行的时钟频率。 （3）倍频系数(Frequency Ratio) CPU主频和外频之间的相对比例关系 CPU主频外频倍频系数 (4). 前端总线（Front Side Bus，FSB）频率 FSB频率是指CPU与内存数据总线直接交换数据的速度。 数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，内存带宽必须要满足CPU的带宽需求： CPU需求带宽CPU前端总线位宽（主流CPU、内存均是64bit）CPU前端总线频率8 各种FSB的Pentium 4带宽需求见表。前端总线（FSB）带宽的计算400MHz64bit400M

8、Hz / 8bit=3.2GB/s533MHz64bit533MHz / 8bit=4.2GB/s800MHz64bit800MHz / 8bit=6.4GB/s(5) 超频能力(Over-frequency Capability) 与锁频超频就是在实际使用时间让CPU工作在高于额定的时钟频率上。 超频能力指CPU能够工作在其标称频率之上的能力，在一定期程度上反映了所留有的工作频率裕度。自PENTIUM MMX以后，Intel实行锁频技术，倍频系数不能改变 三、生产工艺 制造工艺是指在硅材料上生产CPU时内部各元器件的连接线宽度，一般用 m（微米）表示。“生产工艺”中的数据越小，生产工艺越先进

9、，CPU的功耗和发热也就越小，还能级大地提高CPU的集成度和主频 这个数值表示的是集成电路中导线的宽度。 四、工作电压(Work Voltage) CPU的工作电压分别为内核电压(Core Voltage)和I/O电压两种，其中内核电压根据CPU生产工艺的线宽（单位为微米）而定，一般微米数值越小，内核工作电压就越低；I/O工作电压一般都在3V左右，具有数值根据各厂家各自的CPU型号规格确定。 五、高速缓冲存储器（Cache Memory）Cache（高速缓冲存储器，简称高速缓存）是一种速度比主存更快的存储器，其功能是减少CPU因等待低速主存所导致的延迟，以改进系统的性能。 Cache一般分为L

10、1 Cache（一级缓存），L2 Cache（二级缓存）及L3 Cache（三级缓存）。L1 Cache建立在CPU内部，与CPU同步工作，CPU工作时首先调用其中的数据，对性能影响较大。Cache均由静态RAM组成，结构较复杂。六、接口标准(Interface Standard) 与封装形式（ 1 ）.PGA（pin grid array）插针网格阵列式（ 2 ） SECC(Single Edge Contact Cartridge ）单边接触卡盒，SECC是Intel公司的一种新型的CPU包装技术1、CPU的封装形式 2、CPU的插座类型 （ 1 ）、插座形式的Socket类 （2）、插槽

11、形式的Slot类 第一代(Socket 423 Willamette）第二代（Socket 478 Northwood)第三代(533MHz FSB and HT）第四代（800MHz FSB and HT)发布时间2000年11月2019年4月2019年11月2019年4月制造工艺内核版本晶体管数量0.18mWillamette4200万个晶体管0.13mNorthwood5500万个晶体管0.13mNorthwood5500万个晶体管0.13mNorthwood5500万个晶体管时钟频率1.42.0GHz1.82.4GHz2.43.06GHz2.43.0GHz前端总线频率400MHz(Qu

12、ad Pumped 100MHz)400MHz(Quad Pumped 100MHz)533MHz(Quad Pumped 133MHz)800MHz(Quad Pumped 200MHz)缓存8KB L1，256KB L28KB L1，512KB L28KB L1，512KB L28KB L1，512KB L2针脚类型Socket 423Socket 478Socket 478Socket 478超线程不支持不支持只有3.06GHz型号支持所有型号都支持七、体系结构（Architecture）体系结构是指CPU内部处理指令和数据的方式、内部结构、工作过程等因素的总和。 CISC（Comple

13、x Instruction Set Computer, 复杂指令集计算机） RISC（Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机） 2.2 流行CPU简介 目前，在个人电脑上采用的CPU主要由Intel和AMD两大公司生产。前面已经提到Intel公司的处理器有Pentium、Pentium II、Pentium III、Pentium IV和Celeron A、Celeron II、Tualatin Celeron、Celeron D等，而AMD公司的处理器有K6、Athlon、Duron、Athlon XP和Athlon64等。2.2.1 Intel系

14、列CPU1. Socket 478接口的Pentium 4系列 Pentium 4产品都采用Socket 478接口，其外观都一样，如图2-49所示。2. LGA775接口的Pentium 4系列 LGA775接口的Pentium 4外观如图2-50所示。3. Celeron D系列 转到PCI-E平台后，Intel开始陆续推出采用LGA 775接口的Celeron D处理器，除接口不同外，其他均与Socket 478产品相同，如型号、频率、缓存以及核心等。 在命名上，LGA 775接口Celeron D的编号一般比Socket 478接口Celeron D多了个“J”，如Celeron D

15、330表示Socket 478，而Celeron D 330J则代表LGA 775。Celeron D J系列加入了Intels Execute Disable Bit（硬件防病毒功能）及Thermal Monitor 2（防CPU烧死）功能。4. 64位Pentium 4 Intel于2019年2月推出了支持EM64T技术的64位处理器，Intel除了在Pentium 4 5XX系列中加入了支持EM64T的5X1（用1表示）外，还推出了全面支持64位计算的全新系列Pentium 4 6XX系列。64位的6XX系列Pentium 4处理器将取代5XX系列处理器。5. 64位Celeron D

16、Intel发布的拥有EM64T技术Celeron D处理器的型号编号是326、331、336、341、346、351和355，时钟频率分别是2.53GHz、2.66GHz、2.80GHz、2.93GHz、3.06GHz、3.20Hz和3.33GHz。这种赛扬处理器采用了Socket 775架构，同样采用Proscott核心，0.09m制造工艺，使用了533MHz处理器系统总线以及集成了256KB二级缓存。具有64位功能新的Celeron D将同Celeron D J一样支持EDB防毒技术。64位Celeron D与32位Celeron D没有太大区别，只是内建EM64T指令集，架构以及大多数参

17、数没有改变。另外，Celeron D还完全兼容AMD64指令集。6Pentium D和Pentium Extreme Edition Pentium D和Pentium Extreme Edition处理器的外观，如图2-51所示。2.2.2 AMD系列CPU1. Athlon XP系列 Athlon XP系列和Duron（钻龙，俗称毒龙）系列处理器的外观，如图2-52所示。2. Socket A接口的Sempron系列 Socket 462 Sempron(闪龙)与Athlon XP的架构是相同的，也是基于Barton核心。Socket A Sempron的外观如图2-53所示。3. Soc

18、ket 754接口的Athlon 64系列 2019年9月，AMD公司发布了面向台式机的64位处理器Athlon 64。 Socket 754 Athlon 64的外观如图2-54所示。4. Socket754接口的Sempron系列 Socket 754 Sempron有三个核心版本：一个是Paris核心，0.13m制造工艺，不支持64位运算；第二个是Palermo核心，是在Winchester核心的基础上演变而来，采用0.09m制造工艺，同样集成内存控制器，只是在二级缓存容量方面有所精减，并且不支持X86-64运算；第三个是Venice-128核心，是在最新Venice核心的基础上演变而来

19、，0.09m制造工艺，相对于Palermo核心，最大改进之处就是支持SSE3及64位运算技术。 Socket 754接口64位Sempron的外观，如图2-55所示。 5. Socket 939接口的Sempron系列 AMD还推出了Socket 939接口的Sempron，0.09m SOI制程，集成双通道DDR400内存控制器，并通过支持SSE2来改进分支预测机制。与Socket 754接口的Sempron相比，Socket 939 Sempron最大改进的是整合了双通道内存控制器。6. Socket 939接口的Athlon 64系列 Socket 939 Athlon 64有几个版本：

20、ClawHammer、Newcastle、Winchester、Venice、SanDiego。 SanDiego核心的Socket 939 Athlon 64也有三个型号：Athlon 64 3500+(2.0GHz，1MB L2)、Athlon 64 3700+(2.2G，1MB L2)、Athlon 64 4000+(2.4G，1MB L2)，价格较高。 Socket 939接口的Athlon 64处理器的外观，如图2-56所示。 7. Socket 939接口的Athlon 64 FX系列 Socket 939接口Athlon 64 FX处理器的外观，如图2-57所示。8. Athlo

21、n 64 X2系列 AMD Athlon 64 X2双核心处理器的外观，如图2-58所示。2.3 CPU专业术语 1、指令特殊扩展技术 (1)MMX （Multi Media eXtension、多媒体指令集 ）(2)3D Now! (3)SSE (Internet Streaming SIMD Extensions、因特网单指令流多数据流序列扩展) 2、流水线与超流水线流水线的工作方式就像工业生产上的装配流水线。 超流水线（Super Pipeline）是指某种CPU内部的流水线的步数超过通常的56步，例如Pentium 4的流水线长达20步。 超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以

22、上的指令。超线程技术（Hyper-Threading，简写为HT）是Intel针对Pentium 4指令效能比较低这个问题而开发的。超线程是一种同步多线程执行技术，采用此技术的CPU内部集成了两个逻辑处理器单元，相当于两个处理器在同时工作，可同时处理两个独立的线程。3、双核心/多核心（Dual/Multi Core）处理器双核心/多核心处理器，就是在一块CPU基板上集成两颗或两颗以上处理器的核心，并通过并行总线将各处理器核心连接起来。Intel目前的双核心处理器是把两个Pentium 4所采用的Prescott核心整合在同一个处理器内部，两个核心之间的所有数据必须在主板上的FSB上实现。每个核

23、心都拥有独立的1MB二级缓存，两个核心加起来一共拥有2MB。2.4 CPU的选购及注意事项 2.4.1理性的选购CPU2.4.2如何识别和判断假冒（Remark）的CPU？ 2.4.1理性的选购CPU够用原则 品牌、性能、价格 2.4.2如何识别和判断假冒（Remark）的CPU？ 将相同工艺系列的CPU，把速度较慢的型号用机器将商标和型号磨掉，再以激光蚀刻的技术，打上速度较高CPU的型号、序号以及较快速度的规格，甚至将不同品牌的CPU，打上知名度较高品牌的CPU 如图2-59是盒装的CPU产品。2.5 CPU散热器2.5.1 CPU散热器的分类 CPU散热器根据散热原理可分为：风冷式、热管散

24、热式、水冷式、半导体制冷和液态氮制冷等几种，最常用的散热器是风冷式，热管散热器也开始使用。几种常见的风冷散热器和热管散热器外观，如图2-60所示。2.5.2 风冷、热管散热器的结构1. 风冷散热器的外部结构和基本工作原理 风冷散热器主要由散热片、风扇和扣具构成，如图2-61所示。2. 热管散热器的外部结构和基本工作原理 热管散热器分为有风扇主动式和无风扇被动式散热器两种，其结构如图2-62所示。2.5.3 CPU散热器的选购 在选购散热器之前，首先要明确以下几个 重要的原则： 首先要明确主板CPU接口类型。 其次要明确主要用途。2.6 实训CPU的安装、拆卸与检测 2.6.1 Socket A

25、、Socket 370架构CPU的安装和拆卸 安装CPU非常简单，安装步骤如下： 将CPU插槽的拉杆轻轻地翘起来，把CPU的斜角对准插槽相应的位置，插入插槽，如图2-68所示。然后把CPU插槽的拉杆放平，固定好，如图2-69所示。 在CPU的核心上涂散热硅胶，不需要太多，涂上一层就可以了（有些散热片上带有散热硅胶，则不用另外涂了）。 把散热器与CPU的核心接触在一起，先把一边的扣子扣在CPU插槽的突出的位置上，再扣上另一边，如图2-70所示。 最后，把CPU风扇的电源插头插在主板的风扇插座上，CPU和风扇安装完成，效果如图2-71所示。2.6.2 Socket 478、Socket 754和Socket 939架构CPU的安装 下面以安装Socket 478架构的Pentium 4 CPU为例，介绍安装方法。 稍向外、向上拉开CPU插座上的拉杆，拉到与插座垂直的位置，如图2-72所示。 然后将CPU上针脚有缺针的部位对准插座上的缺口，如图2-73所示。 CPU只能在方向正确时才能够被插入插座中，然后按下拉杆，如图2-74所示。 在CPU的核心上均匀涂上足够的导热硅胶。但要注意不要涂得太多，只要均匀地涂上薄薄一层即可。值得注意的是，导热硅胶决不能省去，否则可能导致无法正常运行甚至